二极管介绍与生产工艺精品PPT课件

常用的是发红光、绿光、黄光、 红外光的二极管。
负极
插件极性识别： 插件发光二极管的正负极可从引
脚长短或本体上的缺口来识别。
1）本体上的缺口旁边对应的脚 为负极，另一边为正极。
2）长脚为正极，短脚为负极。
插件发光二极管插装、焊接：
插件装前必须确认元器件是否有高 度要求。如有则必须用定高柱或定 高工装定高焊接。
插件稳压二极管插装、焊接要求 同插件整流二极管。
贴片稳压二极管的贴装、焊接要 求同贴片整流二极管。
5.4、开关二极管
定义：半导体二极管导通时相当 于开关闭合（电路接通），截止 时相当于开关打开（电路切断） ，所以二极管可作开关用。开关 二极管是专门用来做开关用的二 极管，它由导通变为截止或由截 止变为导通所需的时间比一般二 极管短。
。
5）丝印：
2、二极管定义
二极管属于半导体，它由N型 半导体与P型半导体构成，它们 相交的界面上形成PN结。
3、二极管特性
单向导电性！正极接高电位 ，负极接低电位时导通，反之截 止！
所以二极管的方向性是非常重要 的。
4、二极管的主要参数
（1）最大整流电流IF
是指二极管长期连续工作时允许
通过的最大正向平均电流。IF的数
3）玻璃封装的二极管引线的弯曲处 距离管体不能太小，一般至少2mm。
4）安装二极管的位置尽可能不要靠 近电路中的发热元件。
5、二极管的分类
1）按功能分类：整流二极管， 发光二极管，检波二极管，开关 二极管，稳压二极管，变容二极 管。
2）按安装方式分类：插件二极 管、贴片二极管。
各类二极管常见的实物外形见下 图。
值是由二极管允许的温升所限定。
（2）最大反向工作电压URM

RL
uo
t
uo t
(1-16)
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
(1-17)
五、二极管的主要参数及选择原则
半导体器件的参数是对其特性的定量描述，是我们 正确使用和合理选择元器件的依据。
1、半导体二极管的主要参数有： ① 最大整流电流IF ：二极管长期工作时允许通过的 最大正向平均电流。 IF由PN结面积和外界散热条件决定，使用时，工作 电流不能超过IF且须满足散热条件，否则将烧坏二极 管。
DZ
iZRL uo
i
I zmin
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10 R 0.5k
(1-32)
五、 其它二极管
二极管种类繁多，除普通二极管和稳压管外， 还有：
变容二极管：其增量电容值随外加反向电压而 变化；
根据实测如下页图示：
显然，在图中仍可用PN结方程来描述二极管 的伏安特性。
5
6
其中： Si: U(on)= 0.5～ 0.7V Ge：U(on)= 0.1～ 0.3V
2、其他特性： 由于一只二极管就是一个PN结，故二极管
的特性与PN结的特性差不多，也同样具有： 单向导电性、温度特性、反向击穿特性 （这里不再赘述）
10
rD
1 k直
1 rD
ID U
Q
U
[IS
(eU /UT
1)]|U UQ
IQ IS UT
IQ UT
rD
UT IQ
11
上述推导中ID=IS (eU/VUT-1)为二极管在Q点时的 电流，所以rD通常称为二极管的增量结电阻或肖特 基电阻，再称为动态电阻。 再考虑到PN结的串联电阻rs，晶体二极管的小 信号电路模型如图： 这一模型在ΔU极小时成立，故是线性电路，同 时还考虑到了ΔU的工作频率较高时的PN结等效电 容Cj。 显然，晶体二极管的小信号模型受ΔU足够小的 限制，工程上要求|ΔU∣ < 5.2mV。

LED衬底材料制作--研磨和蚀刻
晶面研磨
通以特定粒度及粘性的研磨液，加 外研磨盘的公转和自转，达到均匀 磨平晶片切片时留下的锯痕、损伤 等不均匀表面。
晶片蚀刻
蚀刻的目的在于除去先前各步机械 加工所造成的损伤，同时获得干净 且光亮的表面，刻蚀化学作用可区 分为酸性及碱性反应。
晶片研磨机
LED衬底材料制作--退火与抛光
按着淀积过程中发生化学的种类不同可以分为热解法 、氧化法、还原法、水解法、混合反应等。
LED外延制作--CVD的优缺点
CVD制备的薄膜最大的特点是致密性好、高效率、良好的台阶 覆、孔盖能力、可以实现厚膜淀积、以及相对的低成本；
缺点是淀积过程容易对薄膜表面形成污染、对环境的污染等 常压CVD（APCVD）的特点是不需要很好的真空度、淀积速度
蓝宝石衬底紫外LED
LED生产工艺流程
蓝宝石衬底白光LED
LED生产工艺流程
所举例子只是一种LED制作工艺， 不同的厂家都有自己独到的一套制作工 艺，各厂家所使用的设备都可能不一样 ，各道工序的作业方式、化学配方等也 不一样，甚至不同的厂家其各道制作工 序都有可能是互相颠倒的。
但是万变不离其宗，其主要的思想 都是一样的：外延片的生长（PN结的 形成）---电极的制作（有金电极，铝电 极，并形成欧姆接触）---封装。
LED外延制作--液相外延的缺点
当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ长发生困难。
由于生长速率较快，难以得到纳米厚度 的外延材料。
外延层的表面形貌一般不如汽相外延的 好。
LED外延制作液相外延的生长原理
LED外延制作
液相外延示意图
LED外延制作
实 际 液 相 外 延 设 备

二极管的特性：具有单向导电性，一般只允许电流由单一方向流过。 故二极管有正（阳）、负（阴）极之分。 二极管极性的判别方法：色点和色环的一端为负极（如图所示）；发 光二极管的引脚长短也能判别出正负极，未经处理的发光二极管引脚 长的为正极（如图所示）。
使用二极管时,工作参数不能 超过二极管的额定参数（电 流、电压、温度等），否则 就会损坏二极管。
普通二极管 稳压二极管 发光二极管 光电二极管
常用的二极管外形、电路符号
发光二极管也被称LED，它主要被用于电源指示，作为新型光源现在 也被作为照明使用，它节能使用寿命长的卓越性能是无与伦比，它和 用于显示的数码管的身影在我们生活中随处可见。以下是常用的发光 二极管和数码管的外形。
常用发光二极管、数码管外形
高中通用技术
附录
电子元器件
考试内容
要求 属性
①常用电阻器、电容器、电感器的外形特征、电路符 b
号与标称值 b
②常见二极管及电路符号、特性，正负电极的判断 ③常用的三极管及电路符号，三极管三个电极、电流
b 放大作用及三个工作区
加试
四、晶体பைடு நூலகம்极管
简称二极管，是由一个半导体PN结和两个电极和管壳组成。在电路中 主要用作整流、检波、稳压等。常用二极管的外形和电路符号如下。

为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
基本概念
在光电器件中,自发发射、受激辐 射和受激吸收过程总是同时出现的。 但对于各个特定的器件,只有一种 机理起主要作用。这三种作用机理 对应的器件分别是：发光二极管、 半导体激光器和光电二极管。
缺点
倍增为随机性的，放大电流的随机性或 不可预测性限制了管子的灵敏度，所以， 在设计雪崩管时应注意尽量减小随机性。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
硅雪崩型光电二极管管心的结构图
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
Picture of PIN Photodiode PIN光电管照片
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
三、雪崩型光电二极管--APD
由于普通光电二极管产生的电流微弱，进行放大和处理 时将引入放大器噪声。为了克服这种缺点，有必要加大 光电管的输出电流，由此产生了雪崩型光电二极管。
二极管上不加电压，利用PN结在受光照时 产生正向电压的原理，把光电二极管用作 光致发电器件，这种器件称为光电池。 光纤传感器中这两类器件都得到应用。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益

P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数 量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂 质浓度相等。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或 锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的 半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个 电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子， 这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个 磷原子给出一个电子，称为施主原子。
一、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
பைடு நூலகம்
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子 都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原 子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟）， 晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外 层有三个价电子，与相邻的

3、稳压管的基本电路
工作区：反向击穿
接法：反接
电阻R的作用：限流
RL代表：负载
RL↓→ IO↑→ IR↑→ VO↓→ IZ↓→ IR↓ VO↑
稳压电路如图所示，直流输入电压VI的电压在12V~13.6V之间。 负载为9V的收音机，当它的音量最大时，需供给的功率为0.5W。 稳压管的VZ=9V，稳定电流IZmin=5mA，额定功率为1W，R=51Ω。 试分析稳压管电路能否正常工作。
工作区：反向偏置
接法：反接
作用：把光信号转换成电信号
◆发光二极管
发光二极管是通过电流时发光的一种器件，这是由于电子与空 穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材 料而定。它的符号如图所示。
工作区：正向偏置
接法：正接 作用：把电信号转换成光信号 主要应用：作为显示器件
作业1-1
I S uD YT iD I D diD gd e duD VT VT VT
五、二极管应用举例
1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传 输一部分。 一限幅电路如图所示，R=1KΩ，VREF=3V。当Ui=6sinωt(V) 时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。
由于收音机音量最大时，稳压管流过的电流
I z min I z min
所以稳压管失去了稳压作用。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆光电二极管
光电二极管的结构与普通二极管类似，但在它的PN结处，通 过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反 向偏置状态下运行，它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符 号如图所示。
VD = VDD- IDR = 10-0.931×10 = 0.69V

• （3）变容二极管 • 变容二极管一般工作于反偏状态，其势垒电容会 随着外加电压的变化而变化。电压变大电容就变 小，在高频自动调谐电路中，用电压去控制变容 二极管从而控制电路的谐振频率。自动选台的电 视机就要用到这种电容。 • （4）发光二极管 • 发光二极管能把电能转化为光能，发光二极管正 向导通时能发出红、绿、蓝、黄及红外光，可用 做指示灯和微光照明。可以用直流、交流（要考 虑反向峰值电压是否会超过反向击穿电压）、脉 动电流驱动。一般发光二极管的正向电阻较小， 图1.10所示为几种发光二极管和驱动电路，改变 R的大小就可改变发光二极管的亮度。表1.5给出 了几种发光二极管的参数。
五、全桥 1. 全桥的种类 2. 全桥的主要参数 3. 全桥的内部电路 4. 全桥好坏的检测
全桥内部电路与电路图形符号
技能实训二
• • • 二极管的直观识别 识别二极管外壳上的符号的意义。 根据二极管的型号，识别其极性、类型及 用途。
表3 二极管直观识别技训表
序
名称
普通二极管 整流二极管 开关二极管
• 用万用表测试半导体二极管的好坏 • 通常可用可用万用表来检测万用表的好坏。当使用指针式 万用表测量二极管时，万用表的红表笔接二极管的阴极， 黑表笔接二极管的阳极，测量的是二极管的正向电阻。将 红、黑表笔对调测得的是反向电阻。 • （下表为常用普通二极管测出的参考值）
半导体材料
(量程选×1K)
正向电阻 正向压降 4K 至10K 0.6-0.7V 1K至3K 0.1-0.3V
图1.10 发光二极管和驱动电路
表1.5 几种发光二极管的参数
参数
型号 2EF21
最大工作电 流/mA 75
反向击穿电 压/V ≥3
正向电 压/V ≤1.5

恒压降模型
正偏电压 UD(on)时导通 等效为恒压源UD(on)
否则截止，相当于二极管支路断开
硅管：UD(on) = 0.6
估算时取 0.7V
锗管： 0.8V 0.1 0.3V
0.2V
折线近似模型
相当于有内阻的恒压源UD(on)
30
4. 二极管的分析方法 图解法 微变等效电路法
5. 特殊二极管
18
iD / mA
硅二极管 60
的特性
40
20 –50 –25
0 0.4 0.8 uD / V
– 0.02
– 0.04
iD / mA
锗二极管
15
的特性
10
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4
uD / V
–0.02
温度对二极管 特性的影响
iD / mA 90C
60
20C
40
20 –50 –25
注意： 指针式万用表的黑表笔接内部电池的正极； 数字万用表的红表笔接的是其内部电池的正极。
25
经验
之谈 巧用两种稳压管获得多种基准电压
• 基本原理:两只不同VZ值的稳压管可单独使用,也可串联 使用(同相或反相串联),还有正向和反向使用两种情况。
• 例：试用两只稳定电压分别为VZ1=3V和VZ2=6V的硅稳压 二极管获得多种基准电压。设稳压二极管的正向导通电 压为0.7V。
uD iDIS(eUT
U
1)
IIS0
(BR)
URM
uD
2.主要参数 正向— 最大平均电流IF
反向— 最大反向工作电压U(BR) (超过则击穿)
反向饱和电流IR (IS)(受温度影响2)9

稳压二极管
总结词
稳压二极管是一种特殊的二极管，能够在反向击穿状态下稳定电压，常用于电压 调节和稳压电路。
详细描述
稳压二极管在电路中起到稳定电压的作用，当输入电压波动或负载变化时，稳压 二极管能够保持输出电压的稳定。常见的稳压二极管有硅稳压二极管和锗稳压二 极管等。
特殊二极管的发展
03
趋势与展望
发展趋势
详细描述
光电二极管通过吸收光子并产生电子空穴对来工作，其响应速度较快，适 用于高速光信号的检测。常见的光电 二极管有PIN光电二极管和雪崩光电 二极管等。
肖特基二极管
总结词
肖特基二极管是一种具有单向导电性的半导体器件，具有低正向压降、高速开 关特性和良好的热稳定性等特点。
详细描述
肖特基二极管在开关电源、功率因数校正、太阳能逆变器等领域应用广泛，其 正向导通电压较低，反向恢复时间较短，能够提高电路的效率和可靠性。
特殊二极管
目录
• 特殊二极管概述 • 特殊二极管的应用 • 特殊二极管的发展趋势与展望 • 特殊二极管的优缺点分析 • 特殊二极管的选择与使用
特殊二极管概述
01
定义与特点
定义
特殊二极管是指具有特殊性能和 用途的二极管，如稳压二极管、 变容二极管、隧道二极管等。
特点
特殊二极管通常具有特定的电压 、电流、频率等参数，适用于特 定的电路和系统。
根据电路需求，选择参数（如电压、电流、频率等）匹配的特殊 二极管。
可靠性
优先选择经过严格质量检测和长时间验证的二极管品牌和型号， 以确保其稳定性和可靠性。
成本效益
在满足性能要求的前提下，选择性价比高的特殊二极管，以降低 整体成本。
使用注意事项
反向电压

在同一片半导体基片上，分别制造P 型半 导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它 们的交界面处就形成了PN 结。
阳极
阴极
2.半导体二极管的特性
2.1 加正向电压 ——电源正极接P区,负极接N区 。
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － －正向电流+ + + +
－ － －－ ++ + +
－ － －－
++ ++
IR
内电场 E
EW
R
思考：在电路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？
二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二 极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这 种连接方式，称为反向偏置。
2.3 二极管导电性小结
1、二极管两端加正向电压时，呈现低电阻， 二极管导通；
路中，串联进去一个二极管后，小灯泡是否发亮？
将二极管的正极接在电源的正极，负极接在电源的负极， 二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置 。
2.2 加反向电压 ——电源正极接N区，负极接P区。
P
空间电 荷区
N
－ － －－
++ ++
－ － － － 反向电+流 + + +
半导体 二极管
从这幅图中，同学们 可以看出什么？
我们的二极管 是高端数码产品 的一个组成部分 。
形状和电阻类似，它的 特性和电阻一样吗？
接上电源之后的二极管
二极管的一种类型
二极管在日常的应用
1.半导体二极管的结构

ui 18V 8V
t
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3. 限幅电路 它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部 分，常用来对各种信号进行处理。 例：R=1kΩ，VREF=3V。 （1）vi=0V、4V、6V时相 应的输出电压vo；
（2）vi=6sinωt V时，绘出 相应的输出电压vo的波形。
解：由于输入电压不高，选用折线模型来分析电路，其等效电 路如下图，其中Vth=0.5V，rD=200Ω。
rD 0 .7 V 0 .5 V 1 mA 200
+
vD Vth
折线模型
-
rD
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4. 小信号模型
vs
0
R VDD + vS
-
当Vs=0时，电路中只有直流 分量，二极管两端电压和流 过二极管的电流就是图中的 Q点的值。电路处于直流工 作状态，也称静态，Q点也 称为静态工作点。
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例： 已知： u i 18 sin t V 二极管是理想的，试画出 uo 波形。 解：把二极管断开，则
R + ui D 8V + uo
–
–
参考点
二极管阳极电位为ui，阴极电位为 8 V ui > 8V，二极管导通 uo = 8V ui < 8V，二极管截止 uo = ui
恒压降模型
+
0 . 931 mA
vD Vth rD
折线模型
V D V th I D r D 0 . 69 V
中原工学院信息商务学院
同理：（2）V=1V a. 理想模型
VD 0 V
ID I V R 0 . 1 mA